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有机聚合物光波导延迟线的基础研究

陆荣国  
【摘要】: 有机聚合物是制作集成光波导器件很有前景的材料,其本身所具有的易集成、响应快速、成本低廉等一系列优点使得有机聚合物光波导成为近年来研究的热点。本论文所要研究的有机聚合物光波导延迟线对光控相控阵雷达而言极具吸引力。论文将围绕有机聚合物光波导开展工作,主要在聚合物材料的性能、聚合物光波导的数值模拟、聚合物光波导电极的优化设计、器件的制备等方面进行了较为深入的研究。 本文首先介绍了有机聚合物光电子器件的发展,总结了有机聚合物光波导延迟线的研究现状,接着阐述了聚合物材料的性能并对延迟线的结构进行了设计。用有效的、精确的工具去模拟、设计和优化光波导器件是非常有必要的。在众多的波导模拟工具中变分有效折射率法和有限差分束传播法都是实用性非常强的。变分有效折射率法是变分法(VM)和有效折射率法(EIM)的结合,它能够很精确地模拟光场分布情况;有限差分束传播法则能够准确地模拟波导的性能。本文先利用变分有效折射率法推导出满足单模传输的脊形波导结构参数;接着介绍了有限差分束传播法及求解的透明边界条件,同时分析了将三维结构转化为二维结构的有效折射率法,最后对Y分支的特性进行了模拟。这些模拟结果为实际制作光波导器件提供了很好的基础。 延迟线的电极结构设计是另一个关键技术,本论文利用美国特拉华大学提供的一个免费的保角变换(SC)工具包编写程序对电极结构进行了模拟分析。结果表明:电极的厚度和宽度、电极间距以及上包层的厚度对微波有效折射率、特征阻抗和导体损耗的影响是不同的,在实际设计时应当综合考虑。 实验中,研究了有机聚合物光波导的制备工艺,重点分析了下电极的制备、下包层的旋涂和反应离子束刻蚀(RIE)过程,最后设计了测量聚合物波导损耗和电光系数的装置结构,为以后进一步研究有机聚合物光波导创造了条件。


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